Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik LEDs mit 1,5V welches Konzept wg. Effizienz


von Oliver R. (f3i3rfly0r)


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Hallo zusammen,

da es zur aktuellen Jahreszeit vergleichsweise früh dunkel wird, möchte 
ich für unserer Hunde Geschirre eine LED beleuchtung bauen. Der eine 
soll blau Leuchten, der andere bernsteinfarben, da ich diese LEDs noch 
in ziemlich hell da habe. Von den blauen benötige ich 4 Stück von den 
bernstein 6. Vorwärtsspannung der blauen bei 20mA ist 3,1V bei den 
anderen 2V. Die Elektronik möge bitte so klein wie möglich werden.

Jetzt habe ich mir verschiedene Möglichkeiten angeguckt:

1) Ausgewachsener Step-Up-Regler: evtl mit Kanonen auf Spatzen

2) Ungeregelter Step Up mit Sperrschwinger von 
http://www.cappels.org/dproj/ledpage/leddrv.htm : geht gut, wenig 
Aufwand.

3) Der LED-Spannungswandler von Burkhardt Kainka 
http://www.b-kainka.de/bastel36.htm : Noch nicht getestet.

Getestet habe ich hauptsächlich Möglichkeit 2, hier kann ich auch 
einfach 2 blaue bzw. 3 Bernsteinfarbene LEDs in Reihe anschliessen, für 
je eine Seite des Geschirres und jede dieser Gruppen parallel. 
Helligkeit reicht aus, aber ist das Sinnvoll, wäre es hier nicht besser 
zwei dieser Schaltungen zu bauen?

Wie sieht es mit der effizienz der 3 Lösungen aus? Hat da wer ne Ahnung?

Gruß

Oliver

von Bernd K. (bmk)


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Wie wäre es denn mit E wie Einfach?

Funktioniert direkt mit weißen und blauen LEDs (Vf ca 3V)
Bei niedrigerer Vf dann mit Vorwiderstand.

von Oliver R. (f3i3rfly0r)


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Mhm...

Da würde ich vermutlich den ganzen Winter über nurnoch Batterien 
wechseln, jedenfalls ca. 10x so häufig, was dann auch zu höheren Kosten 
führen würde...

von Schlumpf (Gast)


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Wenn du nicht UNBEDINGT alles selber bauen willst:
Ich habe mir mal die Ansmann X1 LED Taschenlampe gekauft.
Die funktioniert mit einer AA-Batterie. Ich hab sie schon echt lange im 
Gebrauch und immer noch die erste Batterie drin.
Keine Ahung, was da verbaut ist, aber es funktioniert tadellos 
(vermutlich ist es auch so ne Joule-Thief-Schaltung.

Vorteil: Du hast bereits einen spritzwassergeschützen Batteriehalter, 
Schalter und Schaltung. Und musst dann eigentlich nur noch deine LEDs 
drantütteln.

von tt4u (Gast)


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von Oliver R. (f3i3rfly0r)


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UNBEDINGT selbstbauen muss ich nicht. Ich habe jedoch sämtliche Teile 
für diverse Joule-Thiefs hier. Wegen der 10€ würde ich mich nicht 
anurinieren. Nur müssen die Gehäuse entweder dicht sein oder die 
Schaltung billig, da Hunde schonmal gerne komplett untertauchen. Achso, 
als Gehäuse habe ich auch schon was da, tatsächlich dicht, bis ich das 
Loch für die Anschlussdrähte reinbohre....

von Bernd K. (bmk)


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Oliver R. schrieb:
> Mhm...
>
> Da würde ich vermutlich den ganzen Winter über nur noch Batterien
> wechseln, jedenfalls ca. 10x so häufig, was dann auch zu höheren Kosten
> führen würde...

Ist halt eine Frage der gewünschten Betriebsdauer.
Eine CR2032 mit 230mAh hält so ca. 1 Woche = 168 Std
Eine CR2450 mit 560mAh hält so ca. 2,4 Wochen = 400 Std.

Kann man auch per Vorwiderstand (bei reduzierter Helligkeit)
noch weiter erhöhen. Kann ich jetzt nicht sagen, ob das dann
einen Winter hält. Auf jeden Fall wird jede andere Lösung
per Wandler / Regler zusätzliche Verlustleistung abzweigen.

Man könnte auch einen 18650 LiIon Akku nehmen, dann haben wir
mit ca 2500mAh eine deutliche Steigerung der Betriebsdauer
und das Teil ist wiederaufladbar. Fragt sich nur, ob der Hund
gewichtsmäßig damit einverstanden ist.

von Schlumpf (Gast)


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Egal, wie du es umsetzt. Um es am Ende wasserdicht zu bekommen, würde 
ich es als Ganzes verpacken. z.B. in einem Probenröhrchen mit 
Schraubverschluss (bekommst du vielleicht sogar in der Apotheke für ein 
paar Cent).

von Oliver R. (f3i3rfly0r)


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Bernd K. schrieb:
> Ist halt eine Frage der gewünschten Betriebsdauer.
> Eine CR2032 mit 230mAh hält so ca. 1 Woche = 168 Std
> Eine CR2450 mit 560mAh hält so ca. 2,4 Wochen = 400 Std.

Gehen wir mal davon aus, dass für die Blauen LEDs 15mA reichen, dann 
ergibt sich, für 4 parallele ein Gesamtentladestrom von 60mA. Unter der 
Annahme, dass die Knopfzelle dafür spezifiziert ist sind das meiner 
Meinung nach bei einer CR2032 von 230mAh nicht mal 4 Stunden also ca 3 
Tage (+/-1d). Bei den weniger effizienten anderen LEDs entsprechend 
weniger.

Mit ähnlich teuren AA Batterien der grob 9 fachen Kapazität komme ich 
bei einer Gesamteffizienz von (pessimistisch) 50% folglich 2 Wochen 
weit.

CR2450 kosten meines Ermessens nach ca. das Doppelte, ändert also auch 
nichts.

Ich habe keine Entladekennlinie für Lithium Knopfzellen gefunden, aber 
der Vorteil der Joule-Thieves ist doch, das sie das letzte Quentchen 
Energie aus der Primärzelle saugen?

Die Geschirre sind Julius K9, die haben rechts wie links einen 
Klettverschluss zur Befestigung von albernen Sprüchen. Hier würden die 
LEDs vergossen in einem stück Schlauch montiert. Auf dem Rücken, wo sich 
ein Griff befindet, würde die Schaltung befestigt die Kabel unter dem 
Geschirr verlegt. Alles unter Minimierung sämtlicher Astfänger, nochmal 
möchte ich keinen Hund aus dem Unterholz befreien müssen.

Die Schaltung kommt in ein Behältnis, wie man es als Kind hatte um Geld 
und Ausweis vor nässe geschützt um den Hals zu hängen (Ich hoffe ihr 
habts vor Augen). Eine saubere Bohrung im Deckel, mit einer IP68 PG 
Verschraubung, in der ein in Schrumpfschlauch in Silikon vergossenes 
Kabelbündel liegt. In einem Aquarium ist sowas schon über ein Jahr 
dicht, komplett untegetaucht.

Zurück zur Ausgangsfrage,

Oliver R. schrieb:
> Wie sieht es mit der effizienz der 3 Lösungen aus? Hat da wer ne Ahnung?

von Oliver R. (f3i3rfly0r)


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Nachdem ich nun eine Nacht drüber geschlafen habe, habe ich nun Eingangs 
und Ausgangsstrom gemessen. Eingangsspannung ist 1,2V Ausgangsspannung 
kann ich aus Ermangelung eines Oszilloskop nicht messen.

Bei Version 1 ist mit einer blauen LED Iout=7mA  bei Iin=25,5mA also 
gerechnet mit der typischen Flussspannung:

Bei Version 2 ist mit einer Bernstein LED Iout=14,6mA  bei Iin=33mA also 
gerechnet mit der typischen Flussspannung:

Mit der einzelnen LED passt die Helligkeit nahezu perfekt.

Wenn ich das richtig verstehe bleibt die Energie die hier in die Spule 
passt konstant woraus folgt, dass jede weitere LED die Spannung erhöht, 
somit den Strom senkt und somit die Leuchtstärke der einzelnen LED 
senkt. D.h. ich bräuchte zusätzliche Wandler. Oder?

Zum Vergleich Step Up Wandler, die bis 0.3V Uin erlauben habe ich nicht 
gefunden.

Bliebe evtl noch eine Ladungspumpe, wie würden sich kaskadierte 
Ladungspumpen denn bei dem Setup verhalten?

Gruß

Oliver

von Oliver R. (f3i3rfly0r)


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Bild vergessen.

von Bitte einen Namen eingeben (nicht "Gast") oder ein (Gast)


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von dfgh (Gast)


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Die "Hundebeleuchtungen" die ich bisher gesehen habe, haben das einfach 
so gelöst, das die LEDs nur kurz aufblitzen. Spart Strom und man sieht 
trotzdem wo der Hund ist...

von Jens G. (jensig)


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>Ich habe keine Entladekennlinie für Lithium Knopfzellen gefunden, aber
>der Vorteil der Joule-Thieves ist doch, das sie das letzte Quentchen
>Energie aus der Primärzelle saugen?

Ja. Sollte man aber grundsätzlich nur mit Zellen machen, die nach 
Verbrauch ohnehin zum Wegschmeißen gedacht sind, also sowas wie 
Alkaliezellen. Akkus würde ich so nicht ausquetschen, sonst kannste die 
dann auch sehr bald wegschmeißen.

>Wenn ich das richtig verstehe bleibt die Energie die hier in die Spule
>passt konstant woraus folgt, dass jede weitere LED die Spannung erhöht,
>somit den Strom senkt und somit die Leuchtstärke der einzelnen LED
>senkt. D.h. ich bräuchte zusätzliche Wandler. Oder?

Grundsätzlich ja, aber man kann das nicht ewig weiter treiben, wenn das 
Verhältnis Eingangs- zu Ausgangsspannung zu groß wird. Der Wirkungsgrad 
wird dann allgemein schlechter.

Vielleicht auch mal PR4401/4402 als weiteren Einwurf. Die gehen bei rund 
0,7V und abwärts aus - sind also für NiCd/NiMH zumutbar, weil dieser IC 
die Zellen nicht bis aufs letzte auszutscht ...

von Paul Baumann (Gast)


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Oliver schrob:
>...da Hunde schonmal gerne komplett untertauchen.

Seehunde?
;-)

MfG Paul

von Oliver R. (f3i3rfly0r)


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Bitte einen Namen eingeben (nicht "Gast") oder ein schrieb im Beitrag 
#2922436:
> http://www.reichelt.de/ICs-NE-STV-/PR-4401/3/index...

PR4401 sieht gut aus, s.u.

dfgh schrieb:
> Die "Hundebeleuchtungen" die ich bisher gesehen habe, haben das einfach
> so gelöst, das die LEDs nur kurz aufblitzen. Spart Strom und man sieht
> trotzdem wo der Hund ist...

Ich habe mir heute mal im Geschäft den Mercedes unter den 
Hundeleuchtmitteln angeguckt, ich finde, der ist die €40 nicht Wert, 
ähnelt aber stark dem was ich hier bauen möchte und blinkt nicht.

Für €17,95 gab es noch eine Version mit einer Litiumphotobatterie und 
HiPowerLED festvergossen, die LED leuchtet in einen Lichtleiter welcher 
dem Hund um den Halsgelegt wird. Wenn hier die Batterie leer ist muss 
die ganze Einheit neu gekauft werden für €4,99. Dieses kann zum 
Energiesparen auch FÜRCHTERLICH blinken und blitzen.

Ausserdem hat meine Freundin verboten, dass die Hunde blinken.

Jens G. schrieb:
>>Ich habe keine Entladekennlinie [...].
>
> Ja. Sollte man aber grundsätzlich nur mit Zellen machen, die nach
> Verbrauch ohnehin zum Wegschmeißen gedacht sind, also sowas wie
> Alkaliezellen. Akkus würde ich so nicht ausquetschen, sonst kannste die
> dann auch sehr bald wegschmeißen.

Alkalizellen waren die jenigen, an welche ich die ganze Zeit denke, da 
Kosten/Kapazität glaub ich das beste Verhältnis am Markt ist. Bei den 
anderen Zellen gefällt mir die Selbstentladung nicht, der thermische 
Stress für Akkus ist ja auch nicht so Super für die Haltbarkeit.

>
>>Wenn ich das richtig verstehe bleibt die Energie die hier in die Spule
>>passt konstant woraus folgt, dass jede weitere LED die Spannung erhöht,
>>somit den Strom senkt und somit die Leuchtstärke der einzelnen LED
>>senkt. D.h. ich bräuchte zusätzliche Wandler. Oder?
>
> Grundsätzlich ja, aber man kann das nicht ewig weiter treiben, wenn das
> Verhältnis Eingangs- zu Ausgangsspannung zu groß wird. Der Wirkungsgrad
> wird dann allgemein schlechter.
>
> Vielleicht auch mal PR4401/4402 als weiteren Einwurf. Die gehen bei rund
> 0,7V und abwärts aus - sind also für NiCd/NiMH zumutbar, weil dieser IC
> die Zellen nicht bis aufs letzte auszutscht ...

Wenn ich das Datenblatt richtig lese könnte man maximal 15V bei einem 
durch die Spule bestimmten Strom erhalten. Bleibt die Frage ob, dass 
dann auch mit konstanter Effizienz von 80%... Hört sich sehr interessant 
an.
Ein IC und die Spule nimmt ja noch weniger Platz weg. Und die 
Entladekennlinien von Alkali-Mangan Zellen geben unterhalb von 0,8V 
meist eh nicht mehr viel her.


Paul Baumann schrieb:
> Oliver schrob:
>>...da Hunde schonmal gerne komplett untertauchen.
>
> Seehunde?

Wenn ich mit denen fertig bin sind es zumindest im dunkeln Sehhunde...

Gruss

Oliver

von Paul Baumann (Gast)


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Oliver schrob:
>Wenn ich mit denen fertig bin sind es zumindest im dunkeln Sehhunde...
Ja, das ist auch wieder wahr..


>Ausserdem hat meine Freundin verboten, dass die Hunde blinken.

Brauchen sie ja auch nicht. Sie können ja den Schwanz in die Richtung
drehen, in der sie abbiegen wollen.

;-)

MfG Paul

von Jens G. (jensig)


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>Kosten/Kapazität glaub ich das beste Verhältnis am Markt ist. Bei den
>anderen Zellen gefällt mir die Selbstentladung nicht, der thermische
>Stress für Akkus ist ja auch nicht so Super für die Haltbarkeit.


Selbstendladung ist ziemlich entschärft, wenn Du die neueren Dinger 
nimmst, die bereits vorgeladen im Handel sind (Ready2Use, und wie die 
alle heisen).
Die halten die Ladung durchaus etliche Monate, wenn nicht gar Jahre 
(jedenfalls geht meine olle Digicam jetzt immer noch, obwohl im Frühjahr 
zuletzt mal geladen (wird nicht oft genutzt))

Auserdem - was für einen thermischen Stress meinst Du denn? Ist das ein 
Hot Dog?

>Wenn ich das Datenblatt richtig lese könnte man maximal 15V bei einem
>durch die Spule bestimmten Strom erhalten. Bleibt die Frage ob, dass
>dann auch mit konstanter Effizienz von 80%... Hört sich sehr interessant
>an.

Naja, wenn Du die 15V weitgehend ausreizen willst (also so 4 weise/blaue 
LEDs), dann geht wohl die Effizienz deutlich nach unten. Steht, glaube 
ich, auch im DB so drin. Aber bis 2LEDs sind die noch recht gut drauf.
In der PR4xxx-Serie gibts auch noch paar stärkere - vielleicht kann man 
da ein paar LEDs parallelschalten (jeder Strang mit separater L, oder 
Ausgleichs-Rs)

von Rolf S. (miromac)


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Paul Baumann schrieb:
>>Ausserdem hat meine Freundin verboten, dass die Hunde blinken.
>
> Brauchen sie ja auch nicht. Sie können ja den Schwanz in die Richtung
> drehen, in der sie abbiegen wollen.
>
> ;-)

Meine Hunde klappen immer das entsprechende Ohr in die Richtung,
in die sie gedenken, abzubiegen.

Nannte man beim Auto früher 'Winker'
;-)

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